реферат, рефераты скачать Информационно-образоательный портал
Рефераты, курсовые, дипломы, научные работы,
реферат, рефераты скачать
реферат, рефераты скачать
МЕНЮ|
реферат, рефераты скачать
поиск
Полный расчет ректификационной колонны

Полный расчет ректификационной колонны

Задание на проектирование


Перечень инженерных расчетов: расчет ректификационной колонны; подробный тепловой расчет дефлегматора; ориентировочный расчет теплообменников.

Перечень работ выполняемых на ЭВМ: расчет дефлегматора.

Состав и объем графической части: технологическая схема; общий вид дефлегматора.

Основные данные: расход исходной смеси 6.5 кг/с; концентрации (мольные доли)  , ; продукты разделения охладить до 25ْС.


Введение

 

Для получения продуктов сложного состава, разделения изотопов, выделения индивидуальных веществ широкое применение в промышленности получила ректификация. Этот процесс основан на различной летучести составляющих смесь компонентов, т.е. на различных температурах кипения компонентов при одинаковом давлении. Ректификация заключается в многократном частичном испарении жидкости и конденсации паров. Процесс осуществляется путем контакта потоков пара и жидкости, имеющих различную температуру, и проводится обычно в колонных аппаратах, состоящих из собственно колонны, где осуществляется противоточное контактирование пара и жидкости, и устройств, в которых происходит испарение жидкости и конденсация пара — куба и дефлегматора.

По конструкции ректификационные колонны подразделяются на насадочные, тарельчатые и роторные. Основным типом колонных аппаратов большой производительности считаются ректификационные колонны с барботажными тарелками, а при необходимости самого малого перепада давления на одну теоретическую ступень разделения или при работе в коррозионной среде – колонны с насадкой.

По способу проведения ректификацию разделяют на периодическую и непрерывную.

При непрерывной - разделяемая смесь непрерывно подается в среднюю часть колонны, дистиллят отбирается из дефлегматора, а обедненный легколетучим компонентом остаток отводится из куба колонны, флегма поступает на орошение в верхнюю часть колонны.

При периодической ректификации в нижнюю часть (куб) колонны, снабженной нагревательным устройством, загружают исходную смесь; образующийся пар поднимается верх и конденсируется в дефлегматоре (холодильнике), часть конденсата (флегмы) возвращается на орошение в верхнюю часть колонны, а оставшаяся жидкость отбирается.

Насадочные колонны получили широкое распространение в химической промышленности благодаря простоте их устройства, дешевизне изготовления и малому гидравлическому сопротивлению при пленочном режиме работы. В насадочных массообменных аппаратах жидкость тонкой пленкой покрывает насадку и стекает по ней, при этом поверхность контакта с газообразной фазой определяется поверхностью насадки, свойствами жидкости и гидродинамическим режимом.

Недостатком работы насадочной колонны является неравномерность распределения пара и жидкости по поперечному сечению, что приводит к - неодинаковой эффективности различных ее частей и низкой эффективности работы всей колонны в целом. Значительное увеличение эффективности аппарата достигается применением насадки, частично погруженной в жидкость: газ при этом в виде пузырьков барботируется через слой жидкости.

В отдельных случаях применяют подвижные насадки, которые приводят в колебательное движение восходящим потоком газа, при этом допускаются высокие скорости движения фаз, а поверхность межфазного контакта превышает поверхность насадочных элементов. Эффективность тепло- и массообмена в значительной мере зависит от равномерности распределения жидкости в объеме насадки. Эта задача решается применением специальных оросителей, распределяющих жидкость по верхнему сечению насадки, и использованием материалов (металлических сеток, армированной стеклоткани), обеспечивающих растекание жидкости по поверхности насадки под действием капиллярных сил.

Насадки загружают в аппараты навалом на опорные решетки (нерегулярные насадки), укладывают в определенном порядке или монтируют в жесткую структуру (регулярные насадки). Изготавливают насадки из дерева, металла, стекла, керамики, пластмасс. Элементы нерегулярных насадок выполняют в виде колец, спиралей, роликов, шаров, седел и т.д. Наиболее распространены кольца Рашига, размеры которых обычно составляют 50 мм. Для повышения смачиваемости насадки и пропускной способности аппарата стенки колец иногда снабжают продольными или поперечными канавками или прорезями.

Для отвода жидкости из насадочной колонны применяют две схемы: в первой схеме (обычные насадочные колонны) жидкость стекает по насадке и отводится из нижней части колонны; во второй схеме (эмульгационные колонны) жидкость отводится через переливную трубу.

В данном курсовом проекте производится расчет обычной ректификационной насадочной колонны для разделения бинарной смеси – «ацетон – четыреххлористый углерод» при атмосферном давлении, с насыпной насадкой из стальных колец Рашига.


1. Описание технологической схемы


Исходная смесь подаётся в теплообменник центробежным насосом из ёмкости, где она подогревается до температуры кипения. Затем нагретая смесь поступает на разделение в середину ректификационной колонны на тарелку питания, где состав жидкости равен составу исходной смеси.

Стекая вниз по колонне, жидкость взаимодействует с поднимающимся вверх паром, образующимся при кипении кубовой жидкости в кипятильнике. Начальный состав пара примерно равен составу кубового остатка, т.е. обеднен легколетучим компонентом. В результате массообмена с жидкостью пар обогащается легколетучим компонентом. Для более полного обогащения верхнюю часть колонны орошают, в соответствии с заданным флегмовым числом, жидкостью (флегмой), получаемой в дефлегматоре путём конденсации пара, выходящего из колонны. Часть конденсата выводится из дефлегматора в виде готового продукта разделения - дистиллята, который охлаждается в теплообменнике и направляется в промежуточную ёмкость.

Из кубовой части колонны насосом непрерывно выводится кубовая жидкость - продукт, обогащённый труднолетучим компонентом, который охлаждается в теплообменнике и направляется в ёмкость.

Таким образом, в ректификационной колонне осуществляется непрерывный процесс разделения исходной бинарной смеси на дистиллят (с высоким содержанием легколетучего компонента) и кубовый остаток (обогащённый труднолетучим компонентом).


2. Инженерные расчеты


2.1 Технологические расчеты


Для технологических расчетов установки необходимо знать свойства веществ при определённых температурах. Основными диаграммами для определения этих свойств являются диаграммы: состав пара – состав жидкости, и зависимость температуры кипения от состава. В приложение 1 приведены диаграммы указанных свойств бинарной системы ацетон- четыреххлористый углерод.


2.1.1 Равновесные данные

x - мольная доля легколетучего компонента в жидкой фазе;

y - мольная доля легколетучего компонента в паровой фазе;

t – температура,ْС.


x

y

t

0

0

76.74

5.9

20.25

70.80

8.7

27.10

68.74

17.9

40.75

64.45

26.4

48.95

61.91

37.4

56.55

59.83

45.1

61.25

58.74

52.55

65.50

57.94

61.65

70.65

57.18

69.60

75.60

56.67

76.20

79.85

56.36

82.95

84.60

56.15

89.50

89.80

56.01

91.40

91.50

56.02

95.30

95.20

55.99

100.00

100.00

56.08


2.1.2 Материальный баланс

Зная производительность колонны по дистилляту и необходимые концентрации, определим недостающие данные, т. е. производительность по кубовому остатку и питание исходной смеси (GW и GD), на основании уравнений материального баланса.


  


где  - массовая доля легколетучего компонента в исходной смеси, дистилляте и кубовом остатке соответственно.

массовый расход исходной смеси, дистилляте и

кубовом остатке соответственно.

 где MF -молекулярная масса:


 кг/кмоль

 кг/кмоль

 кг/кмоль,


где M1 – молекулярная масса легколетучего компонента; M2 – молекулярная масса второго компонента;

xF, xD, xW- мольная доля легколетучего компонента в исходной смеси, дистилляте и кубовом остатке соответственно.

Где 1-ацетон, 2-четыреххлористый углерод.


кмоль/с


Находим массовую долю по формуле:


 


 


 


Решив систему материального баланса, получим:


кг/с

 кг/с

кмоль/с

кмоль/с


Нагрузка ректификационной колонны по пару и жидкости определяется рабочим флегмовым числом. Для его расчета используют приближенные вычисления по формуле:


 


где Rmin – минимальное флегмовое число.

При этом:



где  - мольные доли легколетучего компонента в жидкости, а - концентрация легколетучего компонента в паре, находящаяся в равновесии с жидкостью (питанием исходной смеси).

По диаграмме «Равновесное состояние жидкости и пара» (приложение1) находим  при соответствующем значении , таким образом

Тогда:



Также для расчета флегмового числа используем графический метод:

рассчитав число теоретических ступеней контакта (теоретических тарелок)


R=1.5, y=32, n=15.2, n(R+1) =15.2(1.5+1) =38

R=2, y=26.67, n=11.4, n(R+1) =11.4(2+1) =34.2

R=2.5, y=22.86, n=9, n(R+1) =9(2.5+1) =31.5

R=3, y =20, n=8, n(R+1) =8(3+1) =32

R=4, y=16, n=7.33, n(R+1) =7.33(4+1) =36.65

R=5, y=13.33, n=6.43, n(R+1) =6.43(5+1) =38.58


В данном курсовом проекте используем , найденное графическим методом (приложение 3).


2.1.3 Расчет расходов пара и жидкости в верхней и нижней части колонны.

Найдем уравнение рабочих линий:

а) для верхней (укрепляющей) части колонны:



б) для нижней (исчерпывающей) части колонны:


 


где F – относительный мольный расход питания.


 


Определяем температуры для нижней и верхней части колонны для жидкости и пара из диаграммы «Зависимость температуры от равновесных составов пара и жидкости» (приложение1):


ْْC, ْC,

ْْْC, ْC.


Определяем объемный расход пара:


 кмоль/с

Расход пара в нижней и верхней части колонны определяется по формуле:


,


где p0=760 мм рт. ст. – атмосферное давление,

T0=273 K- абсолютная температура.


м3/с

 м3/с


Молярную массу паровой смеси в нижней и верхней части колоны находим по формуле:


 кг/кмоль

 кг/кмоль


Массовые расходы паров в нижней и верхней части колоны находим по формуле:


 кг/с;

 кг/с;


Определим плотности пара в верхней и нижней части колонны по формуле:


кг/м3

кг/м3


Определим вязкость пара в верхней и нижней части колонны для ацетона (1) и четыреххлористого углерода (2):


,


где табличные данные: Па. с, Па. с,

С1=651,С2=384- константы уравнения.

а) для нижней части колонны:


Па.с  Па.с

 

б) для верхней части колонны:


 Па.с

 Па.с

Определим вязкость смеси пара в нижней и верхней части колонны по формуле:


 Па.с

 Па.с


Определим плотности жидкости по формуле:


,


где плотности ацетона, четыреххлористого углерода соответственно.

а) для нижней части колонны:


 кг/м3

 кг/м3

 кг/м3


б) для верхней части колонны:


 кг/м3

 кг/м3

 кг/м3


Определим вязкость смеси жидкости для нижней и верхней части колонны по формуле:


,


где вязкости ацетона, четыреххлористого углерода соответственно.


 мПа.с  мПа.с

 мПа.с  мПа.с

 Па.с

Па.с


Поверхностное натяжение смеси жидкостей в верхней и нижней части колонны определим по формуле:


,


где поверхностное натяжение ацетона, четыреххлористого углерода соответственно.


Н/м

 Н/м

 Н/м

 Н/м

м/Н

 Н/м

м/Н

 Н/м


Находим мольные и массовые расходы жидкости в нижней и верхней части колонны:


кмоль/с

кг/кмоль

кг/с

 кг/с

 кмоль/с

 кг/кмоль

 кг/с

 кг/с


2.1.4 Расчет теплового баланса установки

Тепловой баланс ректификационной колонны выражается общим уравнением:


 


где QK – тепловая нагрузка куба; QD –количество теплоты, передаваемой от пара к воде; Qпот – тепловые потери (5%);  -теплоёмкости соответствующие дистилляту, кубовому остатку и исходной смеси;  - температуры соответствующие дистилляту, кубовому остатку и исходной смеси(находим из диаграммы «Зависимость температуры от равновесных составов пара и жидкости» приложение 1):


, , .


Найдем удельную теплоту конденсации паров дистиллята по аддитивной формуле:


кДж/кг

где  - теплоты испарения ацетона и четыреххлористого углерода при температуре дистиллята , .


,


где исходные данные: A1 =72.18; t 1кр=235.1; A2=25.64; t2кр=283.4


;

 .


Определим тепловую нагрузку дефлегматора по формуле:


кВт


Определим теплоёмкости смеси:

Для ацетона(1): c0=2.11кДж/(кгК); с1=0.0028 кДж/(кгК);

Для четыреххлористого углерода (2): c0=0.85кДж/(кгК); с1=0.00037 кДж/(кгК);


 ,

    

   


Тогда:


2.2 Гидравлический расчет насадочной колонны аппарата


бор рабочей скорости паров обусловлен многими факторами и обычно осуществляется путем технико-экономического расчета для каждого конкретного процесса. Для ректификационных колонн, работающих в пленочном режиме при атмосферном давление, рабочую скорость можно принять на 20% ниже скорости захлёбывания:


                            (26)


где  - скорость захлебывания пара, м/с;  – удельная поверхность насадки, м2/м3; Vсв – свободный объём насадки, м3/м3; μж – динамический коэффициент вязкости жидкости, мПа∙с;  и  - массовые расходы жидкой и паровой фаз, кг/с;  и  - плотность пара и жидкости соответственно, кг/м3.

Выбираем в качестве насадки - стальные кольца Рашига:

Кольца Рашига 25 мм:


в:

 

н:


Тогда рабочая скорость в верхней и нижней части колонны равна:



По рабочей скорости определяем диаметр колонны:


,


где объемный расход пара при рабочих условиях в колонне, м3/с.


;

;


Выбираем стандартный аппарат с диаметром 2.2 м, с кольцами Рашига диаметром 25мм и уточняем рабочую скорость по формуле:

 


Плотность орошения для верхней и нижней части колонны определяют по формуле:


,


где U – плотность орошения, м3/(м2.с);

- объемный расход жидкости, м3/с;

S – площадь поперечного сечения колонны, м2.


,


где D – диаметр колонны, м.



так как плотность орошения меньше допустимых значений, то необходимо выбрать кольца Рашига с меньшим диаметром.


Кольца Рашига 50 мм:


в:

 

н:


Тогда рабочая скорость в верхней и нижней части колонны равна:

Страницы: 1, 2



© 2003-2013
Рефераты бесплатно, рефераты литература, курсовые работы, реферат, доклады, рефераты медицина, рефераты на тему, сочинения, реферат бесплатно, рефераты авиация, курсовые, рефераты биология, большая бибилиотека рефератов, дипломы, научные работы, рефераты право, рефераты, рефераты скачать, рефераты психология, рефераты математика, рефераты кулинария, рефераты логистика, рефераты анатомия, рефераты маркетинг, рефераты релиния, рефераты социология, рефераты менеджемент.